Meget effektiv kuldioxid-fotoreduktion styret af maskinlæring og beregning af de første principper

Fotokatalytisk reduktion af CO₂ til kulstofbaserede brændstoffer af høj værdi rummer et enormt potentiale til at tackle den voksende energikrise. Den høje C=O-bindingsenergi af CO₂ molekyler (750 kJ·mol ^-1 ) gør det udfordrende at aktivere og reducere CO₂ .

Derfor er konstruktionen af ​​fotokatalysatorer med nye elektronoverførselsveje meningsfuld. Sammenlignet med den traditionelle enkeltelektronoverførselskanal har udviklingen af ​​multielektronkanaler baseret på lagdelte materialer åbenlyse fordele i forbedringen af ​​bærertransport. Ikke desto mindre er det rationelle design af en ønskelig fotokatalytisk model for multi-elektronkanaler med optimerede parametre ret udfordrende.

For nylig har en undersøgelse med titlen "Konstruktion af dobbelte elektronoverførselskanaler for at accelerere CO₂ fotoreduktion styret af maskinlæring og beregning af de første principper" er designet og ledet af prof. Jizhou Jiang fra Wuhan Institute of Technology, Kina.

Dette arbejde kombinerer beregning af de første principper og maskinlæring for at kunne forudsige og forberede en ny BiOBr-Bi-g-C₃ N₄ sandwichstruktur med dobbelte elektrontransportkanaler til fotokatalytisk CO₂ reduktion. Der er tre hovedårsager til den gunstige aktivitet ved den nye struktur:

(1) den indførte g-C₃ N₄ nanoark demonstrerer en lignende energiniveaustruktur med BiOBr, hvilket gavner til at danne en elektronisk superpositionstilstand;

(2) de exciterede bærere kan adskilles effektivt og overføres på grund af de specielle dobbelte elektronoverførselskanaler;

(3) siden den fotogenererede bærer af BiOBr og g-C₃ N₄ har forskellig tidsforfaldsadfærd, en flertidsskala reaktionsmekanisme for CO₂ reduktion kan konstrueres for at optimere reaktionsvejen.

En forbedret fotokatalytisk ydeevne af CO₂ reduktion (43 μmol g ^-1 ). h ^-1 ) modtages af BiOBr-Bi-g-C₃ N₄ kvantebrøndstruktur. Fem maskinlæringsmodeller blev brugt til at udforske den lineære lov af de forskellige indflydelsesfaktorer på effektiviteten af ​​multi-elektronkanaler. Mekanismen for fotokatalyse blev undersøgt systematisk.

Resultaterne blev offentliggjort i Chinese Journal of Catalysis .

Flere oplysninger: Lijing Wang et al., Konstruktion af dobbelte elektronoverførselskanaler for at accelerere CO2-fotoreduktion styret af maskinlæring og beregning af første principper, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64546-2

Leveret af Chinese Academy of Sciences